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Die Energiewende beginnt im Heizungskeller: Technologien und Maßnahmen zur Energieeinsparung an Heizsystemen

Wenn es draußen kalt wird, soll es drinnen warm und gemütlich sein. Dann wird in Deutschland millionenfach die Heizung angeschaltet. Doch ein Großteil der 19,5 Mio. im deutschen Bestand installierten Wärmeerzeuger arbeiten alles andere als effizient. Laut einer Erhebung des Bundesindustrieverband Deutschland Haus-, Energie- und Umwelttechnik (BDH) nutzen 78% der Wärmeerzeuger die eingesetzte Energie nur unzureichend. Lediglich 10% der Anlagen arbeiten effizient und nur 12% sind effizient und nutzen dabei Erneuerbare Energien. Dieser Missstand macht sich nicht nur im Geldbeutel der Heizungsbesitzer bemerkbar, sondern belastet auch unnötig die Umwelt. Dabei steht eine Vielzahl von Technologien und Maßnahmen zur Verfügung, mit denen Heizenergie eingespart werden kann.

Effizienzstruktur des Heizungsbestands im Jahr 2010.

Schema eines Brennwertgerätes (Beispiel Brennstoff Gas).

Zentralheizung mit Holzpellets.

Standardsolaranlage im Einfamilienhaus.

 

Die größten Energieeinsparmöglichkeiten ergeben sich durch den Austausch einer veralteten Heizungsanlage. Die in Deutschland am häufigsten installierte Technik ist derzeit die Brennwerttechnik. Bei herkömmlichen Heizungen verbindet sich bei der Verbrennung der im Brennstoff enthaltene Wasserstoff mit dem Sauerstoff aus der Verbrennungsluft zu Wasserdampf. Dieser Wasserdampf enthält Energie, die bei herkömmlichen Heizungsanlagen durch das heiße Abgas über den Schornstein verloren geht.

Brennwertgeräte
Brennwertgeräte dagegen nutzen diese Energie, indem der Wasserdampf so weit abgekühlt wird, dass aus dem Wasserdampf wieder Wasser wird. Diesen Vorgang bezeichnet man auch als Kondensation.
Es wird unterschieden in Öl- und Gas-Brennwerttechnik. Beide Technologien nutzen den Energiegehalt des eingesetzten Brennstoffs auf optimale Weise. Bezogen auf den Brennwert erzielt man damit Nutzungsgrade von bis zu 98%.

Wärmepumpen
Ebenfalls hocheffizient und energiesparend sind Wärmepumpen. Bei dieser Technologie wird die im Boden oder in der Umwelt gespeicherte Energie für Heizzwecke nutzbar gemacht. Wärmepumpen werden meist mit Strom angetrieben. Ein Gerät mit der Jahresarbeitszahl 4,0 kann aus 1 kW Antriebsstrom rund 4 kW Wärme erzeugen.
Das technische Prinzip der Wärmepumpe entspricht dem umgekehrten Prinzip eines Kühlschranks: Ein Kältemittel entzieht der Umwelt (Luft, Wasser, Erdreich) Wärme und verdampft dabei. Danach wird das Kältemittel in einem Verdichter komprimiert. Dadurch steigen Druck und Temperatur des Kältemittels. Das so auf ein höheres Temperaturniveau gebrachte Kältemittel gibt anschließend die gespeicherte Wärme an das Heizungswasser ab und kondensiert wieder. Die nachfolgende Entspannung und Abkühlung des Kältemittels ist die Voraussetzung, dass dieser Kreislauf erneut ablaufen kann.

Es wird zwischen drei häufig eingesetzten Arten von Wärmepumpen unterschieden:

Sole-Wasser-Wärmepumpen
Sole-Wasser-Wärmepumpen nutzen die Erdwärme (Geothermie) als Wärmequelle. Dafür wird das Erdreich bis zu 200 m tief erschlossen, um durchschnittliche Erdreichtemperaturen von 10°C nutzen zu können.

Wasser-Wasser-Wärmepumpen
Hier wird die Wärme über ein Brunnensystem aus dem Grundwasser entzogen. Ein Saugbrunnen fördert das Wasser hoch und in die Wärmepumpe, die dem Wasser die Wärme entzieht. Anschließend wird das abgekühlte Wasser über einen sogenannten Schluckbrunnen zurück ins Grundwasser geleitet. Da diese Wärmepumpe das nahezu gleichmäßig hohe Temperaturniveau des Grundwassers von etwa 15°C nutzt, kann sie die höchsten Jahresarbeitszahlen erreichen: bis über 5,0.

Luft-Wasser-Wärmepumpen
Luft-Wasser-Wärmepumpen nutzen die Umgebungsluft, um ihr Wärme zu entziehen. Da die Wärmequellentemperatur schwankt und niedriger ist als bei den anderen Wärmepumpen-Typen, erreichen Luft-Wasser-Wärmepumpen Jahresarbeitszahlen von 3,0 bis 3,5.

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)
In herkömmlichen Heizungsanlagen wird der eingesetzte Energieträger (Öl, Gas, Pellets,...) in Wärme umgewandelt. Demgegenüber wird bei der KWK-Technologie in einem Gerät eigenständig Strom und Wärme bereitgestellt und die eingesetzte Energie dadurch besonders effizient genutzt. Verluste durch Abwärme, die bei der getrennten Stromerzeugung im Kraftwerk entstehen, werden hierbei vermieden. Eine KWK-Anlage trägt somit zur Senkung von Energieverbrauch und -kosten bei und leistet gleichzeitig einen direkten Beitrag zum Umweltschutz.
Je nach Bedarf und Anforderung können KWK-Anlagen von wenigen kW bis zu größeren Leistungsbereichen eingesetzt werden. Während für Ein- und Zweifamilienhäuser sogenannte Mikro-KWK-Anlagen mit einem Leistungsbereich bis ca. 2 kW (elektrisch) eingesetzt werden, kommen in Mehrfamilienhäusern und Gewerbebetrieben sogenannte Mini-KWK-Anlagen bis 50 kW (elektrisch) zur Anwendung.

Festbrennstoff
Neben Brennwerttechnik, Wärmepumpen und KWK treten auch zunehmend die Vorzüge von Holz als Brennstoff für Heizungssysteme in den Vordergrund. Denn während die Vorräte der fossilen Energieträger Erdöl und Erdgas begrenzt sind, ist Holz ein permanent (andauernd) nachwachsender Rohstoff. Holz wird in ganz unterschiedlichen Formen zum Heizen genutzt, am häufigsten ist die Verwendung von Scheitholz, Holzpellets und Holzhackschnitzeln. So erreicht zum Beispiel ein Pelletkessel der neuesten Generation Wirkungsgrade von mehr als 90% und weist dabei niedrige Emissionswerte auf.

Solarthermie
Fast alle technischen Systeme im Wärmemarkt lassen sich mit einer solarthermischen Anlage kombinieren. Solarkollektoren wandeln Sonnenlicht in Wärme um, die zur Wärmeversorgung von Gebäuden genutzt werden kann. Auf diese Weise können zusätzlich Energie und damit auch fossile Brennstoffe eingespart werden.
Bei der solaren Warmwasserbereitung wird der Wärmeträger in den Kollektoren auf dem Dach erhitzt. Als Wärmeträger wird in der Regel ein frostgeschütztes und hitzebeständiges Medium im Solarkreislauf verwendet. Es gibt aber auch Systeme, die mit Wasser als Wärmeträger arbeiten.
Die im Kollektor gewonnene Wärme wird über eine Pumpe zum Speicher gefördert und dort über einen Wärmetauscher an das Heizsystem abgegeben. Reicht die Solarenergie nicht aus, wird der konventionelle Wärmeerzeuger (Gas, Öl, Wärmepumpe, ...) zugeschaltet.
Die solar unterstützte Trinkwarmwasserbereitung deckt ca. 60% des Energiebedarfs ab. Soll neben der Trinkwarmwasserbereitung auch die Raumbeheizung unterstützt werden, vergrößert sich die Kollektorfläche um das 2- bis 2,5-Fache. Die Brennstoffeinsparung liegt zwischen 10% und 30%, je nach Dämmung des Gebäudes. Bei Niedrigenergiegebäuden sind bis zu 50% erreichbar.

Der Systemgedanke steht immer im Vordergrund
Die Energieeinsparpotenziale moderner Wärmeerzeuger kommen nur zum Tragen, wenn die übrigen Komponenten des Heizungssystems optimal aufeinander abgestimmt sind. Wärmeerzeugung, -speicherung, -verteilung und -übergabe sind somit immer als Gesamtsystem zu betrachten. So sind großflächige Wärmeübergabesysteme in Form von Flächenheizungen (z.B. Fußbodenheizungen) oder richtig dimensionierte Heizkörper die Voraussetzung, um niedrige Systemtemperaturen im Heizungssystem zu realisieren. Nur so können die hohen Effizienzwerte von Wärmepumpen, Gas- oder Ölbrennwertkesseln erreicht und solarthermische Energie sinnvoll eingebunden werden. Mit modernen Speichersystemen lässt sich Warmwasser zu Trinkwasserzwecken und für die Heizungsunterstützung energieeffizient und hygienisch zwischenspeichern.
Moderne Hocheffizienzpumpen, Thermostatventile und Armaturen sowie die Durchführung des hydraulischen Abgleichs sorgen für eine energieeffiziente Wärmeverteilung bei gleichzeitig niedrigem Stromverbrauch. Intelligente Regelungs- und Kommunikationseinrichtungen ermöglichen das optimale Zusammenspiel aller Komponenten.
Beim Einsatz von fossilen Brennstoffen sorgen moderne Abgasanlagen für die sichere Abführung der Abgase und ermöglichen gleichzeitig niedrige Abgastemperaturen. Beim Betrieb einer Ölheizungsanlage stehen moderne Öltanksysteme in verschiedensten Varianten zur Verfügung.
Unabhängig vom Heizungssystem reduzieren Anlagen zur kontrollierten Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung den Energiebedarf deutlich und sorgen gleichzeitig für die erforderlichen hygienischen Luftbedingungen im Gebäude. Da die Erzeugung von Strom mit PV-Anlagen grundsätzlich unabhängig vom Heizungssystem abläuft, kann die solare Stromerzeugung parallel zu allen Systemen betrieben werden.

Quelle: BDH (Bundesindustrieverband Deutschland Haus-, Energie- und Umwelttechnik e.V.)

www.bdh-koeln.de

 


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